보고서 정보
주관연구기관 |
영남대학교 YeungNam University |
연구책임자 |
정우식
|
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
|
발행년월 | 2003-05 |
과제시작연도 |
2002 |
주관부처 |
과학기술부 |
사업 관리 기관 |
한국과학재단 Korea Science and Engineering Foundtion |
등록번호 |
TRKO200900070009 |
과제고유번호 |
1350014366 |
사업명 |
목적기초연구사업 |
DB 구축일자 |
2013-04-18
|
키워드 |
질화갈륨.II-V 반도체.단결정.반응메카니즘.$^{71}Ga$ MAS NMR.성장메카니즘.갈륨(III) 착물.나노선.gallium nitride.III-V Semiconductors.single crystal.reaction mechanism.$^{71}Ga$ MAS NMR.growth mechansim.Ga(III) complexes.nanowire.
|
초록
▼
연구목표
III-V족 반도체를 이용한 신기능 소자의 개발에 앞서 소재에 대한 합성이 선행되어야 한다. 본 과제의 연구목표는 박막용이 아닌 용도, 즉 벌크 단결정, 나노선, 분말형태의 GaN을 합성하는 새로운 방법을 찾아내는 것이다. 합성이 용이하고, 공기중에서 안정한 Ga(III) 착물을 전구체로 하여 GaN을 합성하고, 합성된 GaN 분말의 결정성 및 광학적 특성을 조사한다. Ga(III) 착물로부터 합성되는 분말의 형태를 예측하기가 힘든 만큼 다양한 착물을 합성하고, 또한 반응조건을 변화시킴으로서 다양한 형태의 GaN을 합
연구목표
III-V족 반도체를 이용한 신기능 소자의 개발에 앞서 소재에 대한 합성이 선행되어야 한다. 본 과제의 연구목표는 박막용이 아닌 용도, 즉 벌크 단결정, 나노선, 분말형태의 GaN을 합성하는 새로운 방법을 찾아내는 것이다. 합성이 용이하고, 공기중에서 안정한 Ga(III) 착물을 전구체로 하여 GaN을 합성하고, 합성된 GaN 분말의 결정성 및 광학적 특성을 조사한다. Ga(III) 착물로부터 합성되는 분말의 형태를 예측하기가 힘든 만큼 다양한 착물을 합성하고, 또한 반응조건을 변화시킴으로서 다양한 형태의 GaN을 합성한다. 또한, 이들 전구체들과 시판되고 있는 Ga 화합물이 암모니아 분위기에서 GaN로 변화하는 과정을 IR, XRD, $^{71}Ga$ MAS NMR 등으로 모니터링하여 반응메카니즘을 추정할 것이다.
연구내용
합성한 황원자 주게 리간드가 배위된 Ga(III) 착물$(Ga(dimethyldithiocarbamate)_3$, $Ga(diethyldithiocarbamate)_3$)과 시판되고 있는 Ga(III) 염, $Ga_2S_3$, $Ga_2O_3$, 및 GaO(OH)를 전구체로 하여 여러 가지 온도의 암모니아 분위기에서 반응시켰다. 이들 전구체들이 GaN로 변해가는 과정의 반응메카니즘을 XRD, IR, 및 $^{71}Ga$ MAS NMR 등으로 모니터링해서 추정하고, 그 메카니즘을 기존에 제안된 반응메카니즘과 비교했다. 산소원자 주게 리간드를 가진 Ga(III) 전구체의 암모니아와의 반응성을 황원자 주게 리간드를 가진 Ga(III) 전구체와 비교했다. 전구체에 따른 합성된 GaN 분말의 형상의 차이를 SEM과 TEM으로 관찰했다. 반응온도에 따른 GaN 분말의 PL 스펙트럼의 변화를 조사했다. 나노선과 단결정의 GaN를 합성하기 위해 GaN이 알루미나 confined reactor내에서 생성/승화되도록 했다. 합성된 나노선과 단결정의 성장메카니즘을 추정하고, 기존에 제안된 성장메카니즘과 비교했다.
연구성과
황-주게 리간드를 가진 Ga(III) 전구체는 암모니아와의 반응성에 있어서 산소-주게 리간드를 가진 Ga(III) 전구체보다 크게 다르지 않았다. 이들 전구체들이 GaN로 변해가는 과정의 반응메카니즘을 XRD, IR, 및 $^{71}Ga$ MAS NMR 등으로 모니터링한 결과 산소원자와 황원자 주게 리간드를 가진 Ga(III) 전구체의 경우에 반응중간체는 각각 $GaO_xN_y$와 GaSxNy이었다. 합성한 GaN 분말의 PL 스펙트럼을 보면 비교적 낮은 온도에서 합성된 시료의 경우에는 363 nm에서 강한 발광 봉우리를 나타내었지만, 반응온도가 약 1000°C 이상이면 363 nm의 봉우리이외에 GaN의 yellow band가 나타났다. $^{71}Ga$ MAS NMR 스펙트럼은 XRD 등으로는 검출할 수 없는 GaN 결정내의 질소 부족을 검출할 수 있었다. GaN 나노선과 단결정은 confined reactor내에서 쉽게 합성할 수 있었고, 이들은 vapor-solid (VS) 메카니즘으로 성장함을 알 수 있었다. confined reactor를 이용하여 나노선과 단결정의 GaN를 다량으로 합성하기 위해서는 과포화정도를 조절할 수 있어야 한다.
Abstract
▼
Purpose of Research
The goal of this research is to develop the new synthetic method of high-quality crystalline single-crystal, nanowire, and powder GaN. Ga(III) complexes with sulfur atom-donor ligands, which are easy to synthesize and very stable in air, will be used as a precursor of GaN. The
Purpose of Research
The goal of this research is to develop the new synthetic method of high-quality crystalline single-crystal, nanowire, and powder GaN. Ga(III) complexes with sulfur atom-donor ligands, which are easy to synthesize and very stable in air, will be used as a precursor of GaN. The process of the complexes to GaN in flowing ammonia will be monitored by means of IR, XRD, and $^{71}Ga$ MAS NMR spectroscopy and will be compared with those for commercially available Ga compounds. It will be also investigated how reaction conditions make an effect on the morphology and PL spectra of GaN.
Contents of Research
GaN powders, nanowires, and single crystals was synthesized by reaction of ammonia with Ga(dimethyldithiocarbamate)3, $Ga(diethyldithiocarbamate)_3$, and commercially available Ga compounds. The process of the complexes to GaN in flowing ammonia was monitored by means of IR, XRD, and $^{71}Ga$ MAS NMR spectroscopy. The reactivity of Ga compounds with sulfur atom-donor ligands was compared with that of Ga compounds with oxygen atom-donor ligands. The morphology of GaN synthesized was observed by SEM and TEM. Nanowires and single crystals of GaN was obtained by formation and sublimation of GaN in a confined reactor using alumina. The growth mechanism of the nanowires and single crystals was proposed and compared with other mechanisms.
Effectiveness of Research
The reactivity of Ga compounds with sulfur atom-donor ligands was not so different from with that of Ga compounds with oxygen atom-donor ligands. The reaction intermediate(s) in the conversion of Ga compounds with sulfur atomand oxygen atom-donor ligands were GaSxNy and $GaO_xN_y$, respectively. PL spectra of GaN powders synthesized showed a strong peak at 363 nm at relatively low temperatures, and the yellow band of GaN was also observed for samples prepared above 1000°C. $^{71}Ga$ MAS NMR spectroscopy was found to be the powerful tool for identification of nitrogen deficiency in crystalline GaN, which can be not easily revealed by other instrumental methods such as XRD. Nanowires and single crystals of GaN was easily obtained by formation/ sublimation of GaN in a confined reactor. It is proposed that they grow via the vapor-solid (VS) mechanism. For mass production of nanowires and single crystals of GaN it is necessary to control the extent of supersaturation in the confined reactor.
목차 Contents
- Ⅰ. 연구계획 요약문 ...3
- 1. 국문요약문 ...3
- Ⅱ. 연구결과 요약문 ...4
- 1. 국문요약문 ...4
- 2. 영문요약문 ...5
- Ⅲ. 연구내용 ...6
- 1. 서론 ...6
- 2. 연구방법 및 이론 ...8
- 3. 결과 및 고찰 ...8
- 4. 결론 ...13
- 5. 인용문헌 ...13
- 6. Figure ...15
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.